海上风电基础ANSYS数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件,实现了海上风电基础的多途径数值模拟.重点针对桩土相互作用,阐述了采用m法、p-y曲线法及接触单元法构建数值模型进行计算的流程,介绍了常用单元类型及其属性.通过工程算例,对几种桩土分析模拟方式的有限元计算结果进行了比对分析,为海上风电单桩基础的设计、施工提供了理论依据和参考资料.     

舰船燃气涡轮叶片三维热流固耦合应力应变分析及寿命预测

为提高燃气轮机的可靠性、可用性以及可维护性而进行的寿命预估与减损控制研究,需要对燃气轮机的关键零部件进行结构特性分析。对舰船燃气轮机涡轮叶片在紧急升工况载荷谱下的应力应变状态进行了三维热流固耦合有限元分析,针对典型载荷谱计算了涡轮叶片应力应变的变化规律,对涡轮叶片材料进行了控制应变试验,为叶片寿命预测提供了必要的参数。根据应力应变分析结果利用Basquin公式和Manson-Coffin公式计算了2个危险点处的疲劳裂纹起始寿命。并根据分析结果对涡轮叶片进行了寿命预测,预测结果可以作为燃气轮机使用维修的参考依据。     

基于H-L法的涡轮转子叶片可靠度分析

涡轮转子叶片工作环境恶劣,受力、受热严重。涡轮叶片一旦损坏,将对燃气轮机造成严重后果。通过对涡轮叶片进行弯矩、应力受力分析,应用随机可靠性理论推导出极限状态方程。根据叶片的有限元分析选取叶片应力最大的3个点作为危险点,应用H-L法求出这些点的可靠度。通过算例,验证该方法简单可靠,可以作为叶片可靠性分析的方法。     

采用ANSYS 5.7的海底管线起吊过程非线性有限元静力分析

海底管线安装过程中经常采用对接起吊法,在这一过程中管线应力状态较复杂,管线的变形属于大位移几何非线性变形,同时还要考虑管线的双层结构.本文采用有限元分析软件ANSYS5.7模拟管线的起吊过程,采用ANSYS5.7提供的点点接触单元(Contact 52),浸没管单元(Pipe59),直管单元(Pipe16)对管线起吊过程进行接触非线性和几何非线性有限元分析,得到了较为满意和直观的结果.计算结果可以给出指定起吊高度情况下的管线内管、外管的应力分布以及管线和海底泥面接触点的位置,进而可以校核起吊过程中管线内、外管的强度和稳定性是否满足要求.为海底管线起吊对接计算提供了一种新的思路和方法.     

基于接触单元的海底管道地震动力时程分析

基于管土相互作用机理,利用接触单元代替工程计算中常用的弹簧单元更加真实的模拟管-土的相互作用。以大型结构分析有限元软件ABAQUS为平台,对海底管道进行地震动力时程分析,获得管道的地震响应,得到了管道在地震作用下的主要破坏模式,并分析埋深、管径等因素对管道地震响应的影响。分析结果可为海底管道的抗震设计和规范制定提供参考。     

不连续问题的扩展有限元法分析

改进的扩展有限元不需要经过后处理可以直接求得应力强度因子,从而为动态不连续问题的分析提供了便利.研究表明:不连续区域附近的积分方案,特别是裂尖区域的积分方案,对结果精度影响很大.文中采用一种新的积分方案对裂尖和裂缝贯穿单元进行积分,既方便积分,又可以减少计算量.采用改进的扩展有限元模拟了裂纹扩展.对于闭合裂缝,必须考虑缝面间的接触条件;裂缝面间若采用完全接触,得到的结点加强自由度近似为零.由于避免了传统有限元方法中的网格重构,改进的扩展有限元在静态和动态不连续问题分析方面具有广阔的应用前景.     

水下结构数值计算中面体单元连接技术及力学试验研究

结合有限元分析软件ANSYS对大潜深、大开口观察窗壳体结构模型的静态力学性能进行了数值分析及试验研究。计算模型考虑了材料非线性、几何非线性的影响。球壳采用面单元建模,观察窗窗座采用体单元建模,减少了计算规模,节省了计算时间。针对这2种不同自由度单元的连接,采用了不同的面体单元耦合技术,讨论了它们对静态力学性能结果的影响,在此基础上进行了试验研究。试验表明,本文所建立的有限元模型和计算策略准确可靠,可供设计时使用。同时也表明了在数值计算中采用MPC接触方法的面体单元耦合技术精度更高。     

间冷循环冷却叶片强度计算方法

进行了间冷循环高压涡轮叶片与轮盘耦合的强度计算。高压涡轮工作叶片属于带冠气冷空心叶片,叶根为枞树型。由于其结构的复杂性,所以三维造型和网格划分都具有很大的难度。在前期的模型处理中,优先考虑了叶根工作齿接触面的单元质量,在沿接触面法向放置了两层高质量、小尺寸的接触单元,目的是能详细地模拟叶根接触部位的应力分布。本计算的主要目的是对冷却叶片强度计算方法进行探讨研究,为了了解冷却叶片及轮盘榫槽部位应力分布情况,必须将叶片与轮盘进行耦合计算,但在计算时只讨论叶片以及轮盘榫槽处的应力,轮盘其他位置的应力不在本计算中讨论。计算模型取1/86轮盘1只叶片作为分析对象,采用的几何模型是按设计图的名义尺寸,使用Pro/E建立的三维模型,计算时使用专业网格划分软件ANSA划分网格,ABAQUS软件进行计算分析。     

路面结构计算的有限元混合法

（目的）采用一种新的方法进行路面结构计算。（方法）利用有限元混合法可以解决路面结构中的弯沉值和弯拉应力等的计算问题。（结果）有限元混合法考虑了弹性体各结构层间的材料异性和接触状态,而在其接触面引入了成对的接触点对,以表现其接触的过程。在形成接触体系的刚度矩阵后,可以求解出弹性体接触内力,进而完成全部问题的求解。（结论）该方法对各结构层单元的位移求解完成后,通过物理方程便可以计算出单元的应力,对路面结构计算具有一定的参考价值和指导意义。     

基于Hertz弹性接触的船舶推进轴系非线性校中计算

针对大型商船推进轴系中尾管后轴承,且尾轴在螺旋桨重量作用下存在弯曲变形,导致尾管后轴承后端存在边缘载荷的特点,研究了轴系校中计算中尾管后轴承Hertz接触模型的非线性建模方法。以第二代四十万吨矿砂船轴系为对象,采用平面梁单元,建立轴系校中有限元模型;同时将尾管后轴承分成多个轴承分段,使用Hertz接触模型模拟各个轴承段与轴的接触形态,并用迭代法求解了具有非线性边界条件的梁单元有限元模型。对根据尾管后轴承单支点模型的计算结果确定的几组尾管后轴承SLOPE值进行了计算对比。研究发现,基于Hertz弹性接触的尾管后轴承多点支承的非线性模型,可以得到尾管后轴承的最大接触压力、各个轴承段的支反力等分布情况,可以更好地优化尾管后轴承的SLOPE设置,要优于传统的单支点固定约束模型。     

子结构方法在圆柱壳体振动特性分析中的应用研究

针对大型复杂结构振动特性的预测问题,发展了一种子结构方法,并应用于圆柱壳模型的振动特性研究。圆柱壳模型长4.2m,直径0.4m,由5部分组成,并且在第4和第5部分内有一个轴系结构。用子结构方法研究其振动特性时,模型被分为3个子结构,子结构间通过螺栓进行连接。因此,首先介绍了子结构方法及连接处理方式的理论基础,然后通过实验验证了发展方法的正确性,并着重分析了子结构模态综合阶数和连接处理方式对整体结构预测结果的影响规律,最后对比分析了子结构方法与传统有限元法对计算量和内存量的要求。结果表明：发展的子结构方法具有较高的精度,可应用于求解船舶等大型复杂结构的振动特性。     

船体加筋板结构焊接变形和残余应力热弹塑性有限元分析

为提高焊接热弹塑性数值模拟的效率,采用静态子结构方法实现焊接热传导分析计算。根据船体加筋板结构的重复性和对称性特点,将整个结构根据加强筋划分为若干相同的静态子结构,计算得到1条焊缝的温度分布后,通过温度场的镜像和平移获得整个结构的温度场。以船体加筋板为例,采用静态子结构方法并结合温度场的镜像和平移技术,计算分析船体加筋板的焊接温度场和应力场结果。计算表明,该方法在保证计算精度的前提下,极大地提高了计算效率。     

大型复杂结构振动特性分析方法研究

针对大型复杂结构振动特性的预测问题,发展了子结构方法,并应用于圆柱壳模型的振动特性研究。讨论了子结构方法的理论基础,分析了子结构间边界处理协调条件、模态截取数和模型缩聚对子结构方法预测精度的影响,并初步比较了其与传统有限元法耗费的计算时间量和内存量的大小,最后,进一步探讨了子结构方法中试验模态与计算模态混合计算的可行性。研究结果表明,子结构方法应用于求解船舶等大型复杂结构的振动特性是可行的。     

结构动态响应计算中模态迭加法的简化解

在子结构的固定界面最低频率比整体结构基频较高的条件下,把结构动态特性计算的模态综合超单元法以其简化解拓广至结构动态响应的计算领域,并用固定界面 Ritz 矢量替代子结构的固定界面模态。通过数值运算,充分说明本方法经济有效,精度令人满意.     

流固耦合振动流体边界元拟湿模态综合法

本文用流体边界元结合結构模态综合技术对大型结构的流固耦合问题的计算方法进行了研究。基于对用常数边界元计算附连水质量的物理意义的研究,并结合结构部分的计算,提出了一种假设的模态——拟湿模态。数值计算表明,本文的理论结果有足够的精度。     

港珠澳大桥西人工岛二次止水墙优化设计

当港珠澳大桥西人工岛岛上现浇暗埋段管节与海底沉管段预制管节对接施工时必须拆除部分止水钢圆筒围堰,此时西人工岛内仍要求具备干施工条件,因此需在岛隧结合部设置二次止水结构。采用三维CAD设计对二次止水墙施工全过程进行空间模拟,研究各止水位置的薄弱环节,优化止水结构设计方案,保证止水面的连续过渡,提高止水可靠性;并运用LUSAS软件对二次止水墙结构进行三维应力分析,得到的内力与变位与现场实测值较吻合。     

船楼端部侧壁开口对其参与总纵弯曲影响实验研究

对带较长船楼上层建筑的船体立体分段钢质模型进行了弯曲试验，分别研究了以下三种结构状态下，船楼结构参与船体总纵弯曲时的应力分布：(1)完整船楼；(2)切除船楼端部侧壁板和纵向骨架，保留肋骨框架；(3)仅将船楼端部侧壁板切割分离，保留纵横骨架。得出了较长船楼端部侧壁板切割分离可大大减小船楼上层建筑参与船体总纵弯曲的程度，以及船楼端部开口后船楼上层建筑长度可取为开口内侧之间的长度等有价值的结论。     

Strength reliability analysis of stiffened cylindrical shells considering failure correlation

The stiffened cylindrical shell is commonly used for thepressure hull of submersibles and the legs of offshore platforms.There are various failure modes because of uncertainty with thestructural size and material properties, uncertainty of the calculationmodel and machining errors. Correlations among failure modesmust be considered with the structural reliability of stiffenedcylindrical shells. However, the traditional method cannot considerthe correlations effectively. The aim of this study is to present amethod of reliability analysis for stiffened cylindrical shells whichconsiders the correlations among failure modes. Firstly, the jointfailure probability calculation formula of two related failure modesis derived through use of the 2D joint probability density function.Secondly, the full probability formula of the tandem structuralsystem is given with consideration to the correlations among failuremodes. At last, the accuracy of the system reliability calculation isverified through use of the Monte Carlo simulation. Result of theanalysis shows the failure probability of stiffened cylindrical shellscan be gained through adding the failure probability of each mode.     

利用弱可压SPH计算三维均匀柔性驳水动力系数（英文）

The numerical modelling of the interactions between water waves and floating structures is significant for different areas of the marine sector, especially seakeeping and prediction of wave-induced loads. Seakeeping analysis involving severe flow fluctuations is still quite challenging even for the conventional RANS method. Particle method has been viewed as alternative for such analysis especially those involving deformable boundary, wave breaking and fluid fragmentation around hull shapes. In this paper, the weakly compressible smoothed particle hydrodynamics(WCSPH), a fully Lagrangian particle method, is applied to simulate the symmetric radiation problem for a stationary barge treated as a flexible body. This is carried out by imposing prescribed forced simple harmonic oscillations in heave, pitch and the two-and three-node distortion modes. The resultant,radiation force predictions, namely added mass and fluid damping coefficients, are compared with results from 3-D potential flow boundary element method and 3-D RANS CFD predictions, in order to verify the adopted modelling techniques for WCSPH.WCSPH were found to be in agreement with most results and could predict the fluid actions equally well in most cases.     

FPSO典型焊接接头在疲劳载荷下的残余应力释放数值模拟

为了保证FPSO典型焊接结构的安全可靠性,较准确地预测残余应力在疲劳载荷下的释放状况,采用了三维弹塑性有限元方法．首先分析了在有预载荷情况下,FPSO典型焊接接头的残余应力释放大小,并用试验数据进行验证,然后分析了该结构在疲劳载荷下的残余应力释放行为．计算结果表明,残余应力释放是与初始残余应力和外载荷的大小密切相关的．